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大学物理 同学们好 量子现象和量子规律 引言：从经典物理到现代物理概述 ? 物理学的分支及近年来发展的总趋势 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 时间 t 关 键 概 念 的 发 展 力学 电磁学 热学 相对论 量子论 1600 1700 1800 1900 第五章 量子物理学基础 量子物理：近代物理学的支柱之一 两朵乌云： 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 新理论：相对论、量子力学， 深刻影响现代科技和人类生活。 两朵乌云 —— 暴风骤雨—— 20世纪物理学危机 物理学正在临产中，它孕育着的新理论将要诞生了。 —— 列宁 经典物理在解释热辐射上的困难—普朗克能量子论 1900年 经典物理解释光电效应上的困难—爱因斯坦光量子论 1905年 经典物理在解释氢光谱上的困难—玻尔氢原子理论 1913年 统称旧量子论 黑体辐射的实验规律 普朗克 能量子假设 光与物质的相互作用 爱因斯坦 光子理论 激光原理 氢原子光谱实验规律 玻尔 氢原子理论 本章结构： ? 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 物质波假设 及其实验验证 不确定关系 波函数（概率幅） 薛定谔方程 薛定谔方程的简单应用 *量子力学解释理论的发展 掌握：能量子假设，光电效应方程，氢原子光谱；物质波假设，不确定关系，氢原子的四个量子数。 理解：康普顿散射，波函数，薛定谔方程，一维无限深势阱波函数。 1900～1926年是量子力学的酝酿时期，此时的量子力学是半经典半量子的学说，称为旧量子论。 爱因斯坦（德） 1879-1955 波尔（丹麦） 1885-1962 1922年获诺贝尔物理学奖 1921年获诺贝尔物理学奖 普朗克（德） 1858-1947 1918年获诺贝尔物理学奖 1926年，海森堡和薛定谔从不同出发点建立了 量子力学。 1928年，狄拉克统一相对论和量子论。 海森堡（德） 1901-1976 1932年获诺贝尔物理学奖 薛定谔（奥地利） 1887~1961 1933年获诺贝尔物理学奖 狄拉克（英） 1902~1984 1933年获诺贝尔物理学奖 §5.1 热辐射 普朗克能量子假说 一、黑体辐射的实验规律 1.热辐射 一切物体都以电磁波形式向外辐射能量，其功率和波长取决于物体的温度，称为热辐射。 固体在温度升高时颜色的变化 1400K 800K 1000K 1200K 炉火纯青 （原因：热运动） 2. 绝对黑体 模型：空腔小孔 物体发射能量的同时，又吸收周围其他物体的辐射能。 当发射 = 吸收时，其温度不变 —— 平衡热辐射 (动态平衡) 能全部吸收(不反射)任何波长的 入射辐射能的物体 —— 绝对黑体 物体对外来辐射能量的吸收、反射具有选择性， 绝热不透明 注意：黑体 ? 黑色物体 3. 绝对黑体的辐射定律 实验发现：物体的电磁辐射能力与吸收能力一致。 黑体 完全吸收体 理想发射体 单位时间内，从物体表面单位面积上发射的波长 定义两个物理量： 单位时间内从物体表面单位面积上发射的各种波长的总辐射能 T 热电偶 平行光管 绝对黑体 三棱镜 测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置 0 1 2 3 4 5 6 1700K 1500K 1300K 1100K 实验曲线 ? 维恩位移定律 维恩常数： ? 斯忒潘—波尔兹曼定律 斯忒潘恒量： 实验定律： T3 T2 T1 T2 T1 T1 维恩（德.1864－1928） 获1911年诺贝尔物理奖 [例]由测量得到太阳辐射谱的峰值为490 nm，计算太阳表面温度、辐射功率和地球表面上接受到的太阳辐射能功率 解： 将太阳视为黑体，由维恩位移定律 由斯忒潘—玻尔兹曼定律 正对太阳辐射的地球表面单位面积上接受到的辐射能功率： 注意：本题中“模型”的作用 天文单位距离 地球表面接受到的辐射能功率： 红外遥测 光测高温 二、 经典物理的困难 从经典理论出发推 1. 瑞利——金斯公式 长波与实验曲线吻合，短波相差很大 —— 紫外灾难 出发点：将能量按自由度均分原理用